Синтетические масла.
Смазочные материалы используются в промышленном и сельскохозяйственном оборудовании, автомобилях, авиационной технике, холодильных компрессорах и многих других областях. Они составляют более 60 миллиардов долларов глобального химического производства. Базовые масла являются ключевыми компонентами промышленных смазочных материалов и составляют до 75% от стоимости смазки. Большинство используемых в настоящее время базовых масел - минеральные масла на нефтяной основе, состоящие из смеси углеводородов C20-C50 с различными присадками для достижения определенных технических характеристик:
- антиоксиданты,
- индекс вязкости,
- ингибиторы коррозии,
- анти-износные реагенты.
Эти смазочные материалы быстро густеют, поскольку содержат углеводороды с высокой подвижностью и низким молекулярным весом. В результате возникает необходимость в частой замене, что приводит к образованию отходов.
Высокие технические характеристики могут быть достигнуты при использовании синтетических базовых масел, таких как:
- поли-α-олефины,
- алкилбензолы,
- полиалкилены,
- синтетические эфиры.
Однако выборочная настройка молекулярного размера и архитектуры считается сложной задачей. Например, катионная олигомеризация линейных α-олефинов с использованием однородных кислотных катализаторов приводит к бесконтрольной олигомеризации и образованию нескольких продуктов. А это требует дорогостоящего разделения после гидрирования. Кроме того, гомогенные кислотные катализаторы являются коррозионно-активными. Снижение зависимости от нефти и уменьшение воздействия на окружающую среду требуют производства высокоэффективных смазочных материалов из экологически чистого сырья.
Биологические смазочные материалы.
Биологические смазки производятся с использованием различных химических модификаций натуральных масел, т.е. животных жиров и растительных масел. Высокое потребление катализатора, низкие экономические показатели и отсутствие эффективных гетерогенных катализаторов являются общими недостатками этих преобразований. Их структуры обусловливают высокую текучесть при высоких температурах, низкую окислительную стабильность и гидролиз, что ограничивает их применимость. Аналогичным образом, под сомнение использование высоких объемов каталитического воздействия ставят последние стратегии производства биомасел, такие как:
- Альдольная конденсация алкилметилкетонов или фурановых молекул.
- Гидрирование или гидродеоксигенирование на основе эфира.
- Смазки с использованием спирта или левулиновой кислоты, полученных из биомассы.
Они характеризуются отсутствием жестких условий реакции, необходимостью получения однородных продуктов для получения катализаторов.
Синтез возобновляемых базовых смазочных масел.
Необходимы инновационные подходы к синтезу базовых масел с улучшенными и перестраиваемыми свойствами. Поэтому разработали стратегию производства трех широких классов биопрепаратных базовых масел, содержащих:
- фурановые кольца с ароматическими свойствами,
- полностью насыщенные фурановые кольца,
- разветвленные щелочи.
Эти три продукта получены путем гидроксиалкилирования 2-алкилфуранов с альдегидами. Сцепление фуранов C-C - это недавно разработанная реактивная стратегия для увеличения углеродной цепочки и производства дизельного и авиационного топлива. Но ее адаптация для производства базовых масел на основе биомасел все еще находится в зачаточном состоянии. Аналогичным образом, альдегиды различной длины углерода могут быть синтезированы путем обезвоживания спиртов, полученных из биомассы или селективного гидрирования жирных кислот из натуральных масел или отработанных пищевых масел.
Использование алкилфуранов и альдегидов различной длины и ветвлений углерода дает синтезировать базовые смазочные масла различных размеров, структур, размеров ветвей и расстояний между ветвями. Это обеспечивает беспрецедентную гибкость в настройке технических характеристик смазочных материалов для широкого спектра применений, которые в настоящее время достигаются за счет комплексной рецептуры минеральных и синтетических базовых масел с химическими присадками. Четко определенная структура также предсказывает с помощью молекулярного моделирования свойства базовых масел, такие как вязкость, и направляет проектирование и синтез новых базовых масел с желаемыми свойствами.
Таким образом, стратегия синтеза новых и существующих базовых смазочных масел характеризуется:
- структурным разнообразием,
- контролем над молекулярным весом,
- распределением по размерам,
- разветвлением с использованием энергоэффективного соединения С-С без сложных сепараций, необходимых для существующих базовых масел на основе нефти.
Эффективные и легко отделяемые гетерогенные катализаторы обеспечивают высокую селективность и выход продукции (до 95%). Кроме того, низкотемпературная переработка по сравнению с нынешней переработкой и использование устойчивого сырья обеспечивают путь к получению биомасел. Структурный контроль помогает настраивать свойства продукта, а использование одно- или двухступенчатой химии приводит к созданию различных классов продуктов с ароматическими кольцами, содержащими кислород, циклическими кольцами или разветвленными щелочами.
Фурановые масла отличаются лучшими свойствами по сравнению с существующими промышленными минеральными или синтетическими базовыми маслами. Свойства могут быть предсказаны с помощью моделирования молекул с целью получения информации для проектирования - подхода, ранее недоступного для базовых масел нефтяного происхождения, которые не могут быть синтезированы с учетом молекулярной специфики.
